Изучение молодой карликовой галактики Sparkler с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» показало, что она находится в сердце системы звёздных скоплений и «жадно питается» за их счёт, обеспечивая собственный рост.

Источник изображения: James Josephides, Swinburne University

Это означает, что Sparkler, впервые обнаруженная с помощью «Джеймса Уэбба», своим поведением напоминает Млечный путь, тоже в своё время поглощавший более мелкие галактики. Это позволяет получить представление о том, как формировалась наша собственная галактика.

Sparkler окружена парой десятков сияющих шаровых скоплений древних звёзд, каждое из которых состоит приблизительно из миллиона светил. Как сообщает Space.com, наша галактика, например, включает около 200 шаровых скоплений.

Команда, объединяющая учёных Университета Суинберна и Университета Сан-Хосе, оценила возраст Sparkler и его окрестностей. Галактику окружают более молодые версии звёздных скоплений, находящихся вокруг Млечного пути. Сейчас масса Sparkler, питающейся древними скоплениями, богатыми элементами тяжелее водорода и гелия, составляет всего 3 % от массы Млечного пути, но ожидается, что благодаря «звёздному каннибализму» со временем наблюдаемый объект вырастет до размеров нашей галактики. Другими словами, наблюдения позволяют буквально увидеть, как формировался юный Млечный путь, когда вселенная была на 2/3 моложе, чем сегодня.

Sparkler расположена в 9 млрд световых лет от Земли, и астрономы видят её такой, какой она была через 4 млрд лет после Большого взрыва. Наблюдения возможны благодаря сверхчувствительной инфракрасной аппаратуре «Джеймса Уэбба». Наблюдениям способствует эффект «гравитационного линзирования», увеличивающего яркость излучения Sparkler, что позволяет увидеть свет, путешествовавший порядка 9 млрд лет.

Учёные продолжат исследования шаровых скоплений вокруг Sparkler, чтобы больше узнать о самой галактике, а также на основе полученных данных изучить и эволюцию Млечного пути. Как заявляют сами исследователи, само происхождение шаровых скоплений до сих пор является загадкой, поэтому большой удачей для учёных является возможность увидеть их «молодость».

Астроном-любитель Джузеппе Донатьелло (Giuseppe Donatiello) обессмертил своё имя, сделав ручной анализ снимков неба, отправленных в открытый доступ. Среди россыпи слабых звёзд на одном из изображений энтузиаст выявил три далёкие галактики. Это открытие было позже подтверждено снимком с «Хаббла» и стало частью важного исследования, а новые галактики получили имя Донатьелло (II, III и IV).

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA/ESA Hubble Space Telescope

Проанализированные энтузиастом данные были получены в рамках шестилетних наблюдений по программе Dark Energy Survey (DES). Программа призвана изучать крупномасштабные объекты во Вселенной и эффект её расширения. Наблюдения проводятся на 4-м телескопе им. Виктора Бланко в Чили. Ещё до попадания данных в открытый доступ информацию просеивает алгоритм, но, как мы вновь убедились, компьютеры не всесильны. Три далёких галактики в шуме и россыпях слабых звёзд смог различить только натренированный человеческий глаз.

Увеличенная центральная область снимка

Все три новых галактики являются спутниками хорошо известной галактики Скульптор (NGC 253). Это означает, что эти объекты гравитационно связаны друг с другом и с более массивным компаньоном NGC 253. Именно этот вопрос был предметом исследований группы астрономов, которые использовали «Хаббл» для подтверждения открытия Донатьелло и связи найденных им галактик с галактикой Скульптор.

Международная группа учёных зафиксировала и провела анализ столкновения как минимум трёх скоплений галактик. В результате сформировалось гигантское скопление, которому присвоили название Abell 2256 — оно также действует как один из крупнейших во Вселенной ускорителей частиц.

Источник изображений: chandra.si.edu

Скопление галактик Abell 2256 находится на расстоянии 780 млн световых лет от Земли и в поперечнике занимает около 100–200 килопарсек. Его изображение было получено объединением данных нескольких обсерваторий: данные с космических рентгеновских телескопов Chandra (США) и XMM-Newton (Европа) обозначили синим цветом; снимки радиотелескопов GMRT (Индия), LOFAR (Нидерланды) и VLA (США) — красным; снимки, полученные обсерваторией Pan-STARRS (США) в видимом и инфракрасном диапазонах — белым и бледно-жёлтым.

Изучающие этот объект астрономы попытались выяснить, что привело к возникновению этой сложной структуры, и каждая обсерватория раскрыла им свою часть общей картины. Скопления галактик — одни из наиболее крупных объектов Вселенной. Они содержат сотни и даже тысячи галактик, а также гигантские объёмы перегретого газа, температура которого составляет миллионы градусов — зафиксировать его присутствие можно только в рентгеновском диапазоне.

Радиоизлучение производится другими источниками. Во-первых, это потоки частиц, испускаемых тонкими струями из сверхмассивных чёрных дыр — галактических ядер. Эти потоки либо формируют тонкие лучи (обозначены как C и I), либо проходят через газовые облака, в которых замедляются и формируют нити либо более сложные формы (A, B и F). Ещё одним источником радиоволн являются так называемые реликты, сформированные ударными волнами, которые ускорили частицы в газовых облаках.

Наконец, вблизи центра столкновения расположен ещё один объект — «ореол» радиоизлучения. На общей картине он перекрыт рентгеновским излучением газового облака и является более тусклым, поэтому исследователи опубликовали отдельный снимок радиочастотного диапазона. Учёные предполагают, что этот объект сформировался из-за вторичного ускорения частиц при резких перепадах температуры и плотности газового облака, образуемых при столкновении галактических скоплений. Впрочем, некоторых особенностей данных радиочастотного диапазона эта модель не объясняет, поэтому учёные продолжают исследовать Abell 2256.

Расположенная в Индии обсерватория Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) уловила сигнал с длиной волны в диапазоне 21 см, известной также как «радиолиния нейтрального водорода», от галактики, находящейся на рекордном расстоянии от Земли — 8,8 млрд световых лет.

Источник изображений: mcgill.ca

Галактика, обозначенная как SDSSJ0826+5630, произвела этот сигнал 8,8 млрд лет назад. Он позволил оценить содержание газа в галактике и выяснить, что её масса двукратно превышает массу видимых звёзд в ней. Галактики производят электромагнитное излучение в широком диапазоне, однако сигналы радиолинии нейтрального водорода пока удавалось принимать только от близлежащих, а следовательно, более молодых источников.

Трудность приёма сигналов на этих длинах волн от более далёких галактик связана с тем, что при преодолении больших расстояний длины волн таких сигналов увеличиваются, что приводит к уменьшению энергии волны. Учёным помог феномен гравитационного линзирования, предсказанный в общей теории относительности (ОТО) более века назад.

ОТО предполагает, что обладающие массой объекты искажают пространство и время; чем больше масса, тем сильнее искривление. Искривляется и траектория движения света, проходящего мимо массивного объекта — в результате его источник может появляться на нескольких точках неба, а сила сигнала может увеличиваться.

Произведённый SDSSJ0826+5630 радиосигнал был в 30 раз усилен другой галактикой, действующей как линзирующее тело, в результате чего расположенный на Земле телескоп смог этот сигнал принять. Значит, подобные сигналы можно будет принять и от других удалённых галактик, а длинноволновые радиотелескопы помогут лучше исследовать механизмы эволюции объектов молодой Вселенной.

Результаты исследования опубликованы в мартовском выпуске британского научного журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В новом обзоре плоскости нашей галактики Млечный Путь астрономы из США представили беспрецедентный по детализации каталог большого участка, на котором находится 3,32 млрд каталогизированных объектов. Это означает, что каждый объект индивидуален, строго определён и может быть использован для научных наблюдений. Это как общая фотография с изображением 3,32 млрд людей, на которой каждый человек легко узнаваем. Просто невероятно!

Источник изображений: NOIRLab

Панорамное изображение в полном разрешении и каталог свободно доступны по этой ссылке. Это вторая редакция обзора, сделанного с помощью камеры для изучения темной энергии (DECaPS2), построенной Министерством энергетики США в Межамериканской обсерватории Серро Тололо NSF в Чили в рамках программы NOIRLab. Скрывать такие данные нет смысла. Учёные их будут десятилетиями разбирать и анализировать. А ведь даже такой объём информации — это иголка в стоге сена. Обзор охватил только 6,5 % плоскости Млечного Пути, и будут новые и новые редакции этого и других обзоров.

Обзор неба камерой DECaPS2 — это обзор плоскости Млечного Пути на южном небе, сделанный в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах волн. Первая порция данных DECaPS была опубликована в 2017 году, а с добавлением новых данных обзор теперь охватывает 6,5 % ночного неба с охватом на впечатляющие 130 градусов в длину. Хотя это может показаться скромным, но это в 13 000 раз больше угловой площади полной Луны.

В ходе двухлетней работы DECaPS2 было получено более 10 Тбайт данных от 21 400 отдельных экспозиций. Наблюдение позволило различить около 3,32 млрд объектов, что, возможно, представляет самый большой каталог, составленный на сегодняшний день для одной камеры. И ведь для этого использовался ещё не самый большой телескоп — всего лишь с 4-м зеркалом Víctor M. Blanco в Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO).

В данном наблюдении впервые были реализованы алгоритмы, позволяющие лучше отделить фон от объекта. Близкие и дальние звёзды накладываются друг на друга, как и расположение звёзд на фоне светящихся галактик не позволяет отделить один объект от другого. Наконец, пылевые облака не проницаемы для видимого диапазона электромагнитных волн, с чем пришлось бороться наблюдениями в ближнем инфракрасном диапазоне. Результатом этого стало появление беспрецедентного по детализации каталога DECaPS2 второй редакции. В сочетании с другими наблюдениями мы всё лучше и лучше представляем трёхмерную карту нашей галактики. А настоящее путешествие всегда начинается с хорошей карты.

Новое исследование пульсирующих переменных звёзд позволило уточнить границы нашей галактики Млечный Путь. Они оказались на несколько десятков тысяч световых лет дальше от центра галактики, чем давали теоретические расчёты. Тем самым фактически мы уже входим в соприкосновение с соседней к нам галактикой Андромедой. Никакого свободного пространства между галактиками почти не осталось.

Источник изображения: NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)

Уточнить внешние границы Млечного Пути позволило обнаружение по краю границ свыше 200 звёзд типа переменной RR Лиры. В силу своих свойств переменные звёзды типа RR Лиры позволяют точно определять расстояния до них. По сути, это местные маяки, характеристики которых очень похожи и дают возможность точной оценки дальности. Именно этим в новой работе занималась группа астрономов Калифорнийского университета в Санта-Круз.

Согласно расчётам, от центра галактики Млечный Путь до её края один миллион световых лет. Точно измерить внешние границы газового облака вокруг нашей галактики — так называемого гало — изнутри мы не можем, поскольку это сильно разреженный газ. Поэтому оставалось полагаться на теоретические выкладки, опирающиеся на косвенные измерения. В новой работе учёные использовали для этого измерения расстояния до 208 открытых переменных звёзд на краю нашей галактики. Одна из таких звёзд, например, оказалась на полпути между Млечным Путём и Андромедой, с которой мы идём к ДТП космических масштабов.

«Это исследование по-новому определяет, что представляет собой внешняя граница нашей галактики, — сказал один из авторов работы. — Наша галактика и Андромеда настолько велики, что между ними почти нет пространства».

По данным измерений выяснилось, что внешняя граница Млечного Пути на 40 тыс. световых лет дальше, чем предсказывали теоретические выкладки. В будущих территориальных претензиях к обитателям Андромеды это должно сыграть важную роль. Если серьёзно, учёные подкрепили теорию наблюдениями, что даст в руки астрономам ещё один инструмент для точной оценки астрономических явлений во Вселенной, а инструментов много никогда не бывает.

Используя данные с индийского радиотелескопа SARAS3, команда исследователей под руководством учёных Кембриджского университета смогла приоткрыть завесу тайны над событиями самой ранней Вселенной — произошедшими всего через 200 млн лет после Большого взрыва. У нас пока нет возможности увидеть самые первые звёзды и галактики, но полученная информация дала намёк на их ключевые свойства.

Источник изображения: University of Cambridge

В данных SARAS3 учёные искали информацию о распространении нейтрального водорода в ранней Вселенной. Информацию об облаках водорода и их движении радиоастрономы получают на основе обнаружения так называемой 21-см линии в радиосигнале или радиолинии нейтрального водорода.

Анализ данных строился на том, что плотное облако нейтрального водорода, которое как туман поглощает свет от первых звёзд во Вселенной, может стать источником вторичного излучения, а по этим данным можно будет восстановить физические параметры как звёзд на раннем этапе развития Вселенной, так и галактик, скрытых от нас этим «туманом».

Как оказалось, учёных ждал сюрприз — 21-см линии с амплитудой требуемой интенсивности в данных не нашлось. Но в этой неудаче скрывалось открытие. Отсутствие сигнала позволило ввести ограничения на массу и энергию первых звёзд и, соответственно, первых галактик. Тем самым модель эволюции звёзд вскоре после Большого взрыва получила важные уточнения. Теперь астрофизики будут лучше представлять, насколько массивными и энергичными могут быть звёзды и галактики первого поколения и, как надеются исследователи, уточнённые данные помогут увидеть их «отражение» в облаке нейтрального водорода на заре Вселенной.

По-настоящему зафиксировать такие объекты учёные надеются к концу текущего десятилетия, когда в строй войдут радиотелескопы нового поколения, в частности, когда будет запущена площадка Square Kilometre Array (SKA) в Австралии. Но и современные инструменты могут удивить. «Джеймс Уэбб», например, увидел кандидата в самые древние галактики возрастом 286 млн лет после Большого взрыва.